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自动控制系统课程设计题目题目1已知一光源自动跟踪系统,利用帆板上一对光敏元件检测光能,当帆板偏离光源时,光敏元件产生电压差并通过放大后驱动电机转动,使太阳能帆板对准光源,如图示,其中,电机电枢总电阻Ra=
1.75欧,总电感La=
2.83mH,电机转子旋转产生的电动势Uv=Kv*W,Kv=
0.093,w为转子角速度;电动机产生的电磁力矩为T=Kt*I,Kt=
0.09;电动机及负载的转动惯量J=30e-6;阻力矩为TL=B*w,其中B=
0.005要示1分析系统工作过程,建立数学模型,并画出结构图所用公式其中,输入__为电压U,输出__为角频率w2系统跟踪阶跃响应的时间为
0.5秒,超调量为小于5%,设计校正系统题目2下面为单闭环直流调速系统原理图其中,A为放大器,GT为触发装置,UPE为晶闸管三相桥式整流装置,M为被控的直流电动机,TG为测速发电机,Un*为给定电压__,Un为反馈__,Uc为控制__,Ud为电动机电枢电压,Id为电枢电流,n为电动机转速已知,放大器A的放大倍数是Ka=21,GT和UPE总的传递函数为,电动机的传递函数为,反馈环节可看做一个比例环节,比例系数为Ktg=
0.02要求设计调节器,使得系统稳定,并有足够好的动态性能,超调量小于20%,调节时间小于1s题目3磁盘驱动器必须保证磁头的精确位置,并减小参数变化和外部振动对磁头定位造成的影响作用于磁盘驱动器的扰动包括物理振动、磁盘转轴轴承的磨损和摆动,以及元器件老化引起的参数变化等下图为磁盘驱动器示意图和磁头控制系统框图已知被控制对象(电机和驱动臂)的传递函数为,传感器传递函数Hs=1要求设计控制器__(s),使系统稳定,并满足调节时间小于
0.5s,超调量小于10%题目4火星漫游车转向控制1997年7月4日,以太阳能为动力的“逗留者”号火星漫游车在火星上着陆,全车重
10.4KG,可由地球上发出的路径控制__实施遥控车上的两组车轮以不同的速度运行,以便实现整个装置的转向上图为火星漫游车转向控制系统框图,G(s)为动力传动系统与漫游车的传递函数,为,反馈Hs=1要求设计校正装置,选择合适的K1的值,在确保系统稳定的条件事,使系统对斜坡输入的稳态误差小于或等于输入指令幅度的24%题目5一种采用电磁力驱动的磁悬浮列车的构造如下其运行速度可达480km/h,载客量为400人但是磁悬浮列车的正常运行需要在车体与轨道之间保持
0.635cm的气隙设车体与悬浮线圈的传递函数为,系统为单位负反馈,试设计校正装置__(s),要求系统稳定,对单位阶跃输入的稳态跟踪误差为零,系统的动态性能较好(气隙为被控变量)题目6雕刻机控制系统如图其x轴方向配有两台驱动电机,用来驱动雕刻针运动,另外还各有一台单独的电机用于在y轴和z轴方向驱动雕刻针雕刻机x轴方向位置控制系统中,其电机、螺杆、雕刻针支撑杆整体的传递函数为,单位负反馈设计控制器,要求系统相位裕度为40左右,超调量小于25%,调节时间小于15s题目7遥控侦察车速度控制一种用于___维和使命的遥控侦察车,由无线电指令传递给侦察车,其传递函数为,反馈为单位负反馈设计校正装置,使系统的调节时间小于5s,超调量小于45%,稳态误差小于15%题目8转子绕线机控制系统绕线机用直流电机来缠绕铜线,能快速准确地绕线,并使线圈连贯采用自动绕线后,操作人员只需从事插入空的转子、按下启动按钮和取下绕好线的转子等简单操作已经系统的传递函数为,设计控制器,要求系统对斜坡输入响应的稳态误差小于10%,超调量在10%左右,调节时间为3s左右题目9已经汽车点火系统中有一个单位负反馈子系统,其开环传递函数为,设计校正装置,使系统稳定,并满足调节时间小于2s,超调量小于10%题目10__NUTEC机器人具有很大的惯性和较长的手臂其机械臂的动力学特性可以表示为,系统为单位负反馈,要求设计控制器,满足系统阶跃响应的超调量小于20%,上升时间小于
0.5s,调节时间小于
1.2s(误差带2%),静态速度误差系统大于等于10题目11双手协调机器人两台机械手相互协作,试图装一根长杆插入另一个物体中去已知单个机器人关节的反馈控制系统为单位反馈控制系统,被控对象为机械臂,其传递函数为,要求设计校正网络(至少两种方法),使系统在单位斜坡输入时的稳态误差小于
0.0125,单位阶跃响应的超调量小于25%,调节时间小于3s题目12机器人和视觉系统__机器人利用摄像系统来观测环境信息已知机器人系统为单位反馈系统,被控对象为机械臂,其传递函数为,试设计PID调节器使系统阶跃响应的稳态误差为零,超调量不大于5%,调节时间小于6s(误差带2%)题目13大型天线可以用来接收卫星__,为了能跟踪卫星的运动,必须保证天线的准确定向天线指向控制系统采用电枢控制的电机驱动天线,电机和天线的传递函数为,设计合适的校正网络,要求系统斜坡响应的稳态误差小于1%,阶跃响应的超调量小于5%,调节时间小于2s题目14模拟随动控制系统的串联校正设计已知某随动系统固有特性开环传递函数为:其中T1=
0.1s,T2=
0.025s设计迟后-超前校正装置使校正后的系统具有如下性能指标1开环增益K≥1002超调量σp≤30%3调整时间ts≤
0.5秒题目15设一系统的开环传递函数为,试设计串联校正网络要求校正后,系统稳态速度误差系数=5秒-1,³400要求
①确定采用何种校正装置仿真校正前系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图
②将校正前性能指标与期望指标进行比较,确定串联校正网络的传递函数,仿真出校正网络的开环频率特性曲线图仿真校正后整个系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图
③当输入=1(t)时,仿真出校正前、后系统的单位阶跃响应曲线分析校正前后的单位阶跃响应曲线,得出结果分析结论题目16设单位反馈系统的开环传递函数为试设计一校正装置,使系统期望特性满足如下指标
(1)静态速度误差系数≥250/s;
(2)截止频率≥30rad/s;
(3)相角裕度≥要求
①确定采用何种校正装置仿真校正前系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图
②将校正前性能指标与期望指标进行比较,确定串联校正网络的传递函数,仿真出校正网络的开环频率特性曲线图仿真校正后整个系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图
③当输入=1(t)时,仿真出校正前、后系统的单位阶跃响应曲线分析校正前后的单位阶跃响应曲线,得出结果分析结论题目17__钻机控制系统钻机在推进的过程中,为了保证必要的__对接精度,施工中使用了一个激光导引系统,以保持钻机的直线方向已知钻机的传递函数为用两种设计方法,设计校正装置,要求系统稳定,且满足阶跃响应的超调量小于5%,调节时间小于1s,上升时间小于
0.5s题目18设计校正装置G0(s),要求相位裕度大于40度,剪切频率小于10,阶跃响应超调量小于10%,调节时间小于
0.8s题目19电动车控制系统某电动车控制系统如图若系统的数学模型及控制环节的传递函数为,设计校正装置,要求至少使用两种校正方式,使系统在阶跃响应的超调量小于5%,调节时间小于4s题目20X-Y记录仪控制系统框图如下图已经系统的前向通道传递函数为,设计校正环节,要求校正后系统的相位裕度为40度,幅值裕度大于12在dB题目21典型电机结构示意图如图3所示,控制系统的输入变量为输入电压,系统输出是电机负载条件下的转动角速度现设计补偿器的目的是通过对系统输入一定的电压,使电机带动负载以期望的角速度转动,并要求系统具有一定的稳定裕度直流电机动态模型本质上可以视为典型二阶系统,设直流电机的传递函数为系统为单位负反馈,设计校正装置,使系统的设计指标为稳态误差ess5%,最大超调量10%,幅值裕度Lg20dB,相角裕度题目22燃油调节控制系统如图已知燃油调节控制系统前向通道总的传递函数为设计校正环节(至少用两种校正方法)要求静态速度误差系数为10,相位裕度为45°,调节时间小于
0.8s题目23已知随动系统固有部分传递函数为式中;;要求设计调节器(至少用两种校正方法),使系统满足下述性能指标系统阶跃响应的超调量;调节时间题目24已知单位负反馈系统的开环传递函数,试用频率法设计串联滞后——超前校正装置使系统的速度误差系数,相位裕度为,剪切频率题目25已知单位负反馈系统的开环传递函数,试用频率法设计(至少用两种方法),使系统的相位裕度为,增益裕度不低于10dB,静态速度误差系数,剪切频率不低于题目26已知单位负反馈系统的开环传递函数试用频率法设计串联超前——滞后校正装置,使
(1)输入速度为时,稳态误差不大于2相位裕度,截止频率为
(3)放大器的增益不变题目27已知单位负反馈系统的开环传递函数,试用频率法分别设计串联滞后和超前两种校正装置,要求校正后系统的开环增益K=8,相位裕度,增益裕度题目28一个位置随动系统如图所示:其中,自整角机、相敏放大,可控硅功率放大,执行电机,减速器对系统进行超前-滞后串联校正要求校正后的系统在稳定的前提下,满足指标
(1)幅值稳定裕度Gm18,相角稳定裕度Pm35º
(2)系统对阶跃响应的超调量小于36%,调节时间Ts
0.3秒
(3)系统的跟踪误差Es
0.002题目29晶闸管-直流电机调速系统如图所示对系统进行串联校正,要求校正后的系统在稳定的前提下,满足指标
(1)相角稳定裕度Pm40º幅值稳定裕度Gm13
(2)在阶跃__作用下,系统超调量Mp25%,调节时间Ts
0.15秒题目30水温控制系统设计某单位水温控制系统为单位负反馈系统,其被控对象的传递函数为用串联校正的方式对系统进行设计(用超前、滞后和滞后-超前三种方法中的任意两种),使校正后的系统满足斜坡__作用下Kv=20s,相位裕度大于50度题目31位置随动系统的分析与设计系统结构图如下对应的系统框图为其中,电桥增益K=6,放大器增益Ka=15,测速发电机增益kt=2,i=
0.02,tm=
0.02s,km=40试设计校正环节,要求在稳定的前提下满足稳态误差小于
0.3,超调量小于15%,调节时间小于5s题目32哈勃太空望远镜指向系统哈勃太空望远镜于1990年发射升空,标志着将空间技术发展推向了一个新的高度望远镜的
2.4m镜头拥有所有镜头中最光滑的表面,其指向系统能在644km以外将视野聚集在一枚硬币上哈勃太空望远镜指向系统模型经简化为一个典型反馈系统,其望远镜动力学传递函数为,反馈为Hs=K1s选择合适的K1值,并设计校正装置,使系统满足稳定的前提下,在阶跃指令作用下,超调量小于5%,在单位斜坡输入作用下,稳态误差小于
0.05题目33在喷气式战斗机的自动驾驶仪中,配置有横滚角控制系统,其由副翼执行机构、飞机和陀螺仪组成现已经副翼执行机构和飞机为前向通道,其传递函数分别为和,陀螺仪为反馈环节,其传递函数为试设计校正环节,使系统满足相位裕度50度左右,阶跃响应超调量小于5%题目34一种新型电动轮椅装有一种非常实用的速度控制系统,能使颈部以下有残障的人士自行驾驶这种电动轮椅该系统在头盔上以90度间隔__了四个速度传感器,用来指示前后左右四个方向头盔传感系统的综合输出与头部运动的幅度成正比已知头盔上的传感器传递函数为,放大器传递函数为,轮椅动力学模型,反馈为单位负反馈其中三个时间常时T
1、T
2、T3分别为
0.5s、1s、
0.25s要求
(1)确定使系统稳定的K的取值范围
(2)设计校正装置,使系统阶跃响应的调节时间小于2s,超调量小于10%y轴z轴X轴位置随动系统RsG1sCsG2sG3sG4s。